镓(Ga)同位素研究取得进展

镓(Ga)位于元素周期表第四周期第IIIA族,与铝(Al)化学性质相似。但相对于仅有单一稳定同位素的主量元素 Al , Ga 是具有两个稳定同位素的微量元素。 Ga 同位素不仅能为进一步认知 Ga 地球化学循环提供新工具,还有助于深入探索 Al 的地球化学性质。但是,迄今为止,很多地质储库中的 Ga 同位素组成尚不清楚,一些基本地球化学过程中 Ga 的同位素分馏程度和机制也还是未知数。

吸附过程对于充分了解金属离子在水岩作用、生物吸收以及大陆风化作用中的迁移转化及机理起着至关重要的作用。Mo、Ge 和 Zn 等多种金属已被证明在矿物吸附过程中会产生显著的同位素分馏。据此,中国科学院地球化学研究所研究员陈玖斌课题组利用在2016年新建的高精度 Ga 同位素分析方法的基础上,开展了 Ga 在矿物表面吸附过程中的同位素分馏研究。研究选取作为地球表层普遍存在并是微量元素迁移的重要载体方解石和针铁矿两类矿物。结果表明,较轻的 Ga 同位素(69Ga)会被优先吸附到矿物(方解石和针铁矿)表面,且方解石表面吸附过程中的同位素分馏大于针铁矿表面吸附过程,其 △71Gasolid-solution分别为-1.27‰和-0.89‰。造成分馏的主要原因是 Ga 从水溶液吸附到矿物表面发生了形态转变(共价键数和键长),水体中 Ga(OH)4会优先吸附到方解石和针铁矿表面分别形成 >Ca-O-GaOH(OH2)4+和 >FeOGa(OH)20,从而使共价键由4转变为6,且 Ga-O 键长变长,分别从水体中的1.84 Å 增加到1.94 Å 与1.96 Å 。研究结果表明,有机物吸附过程也会产生类似的 Ga 同位素分馏,预示着 Ga 同位素可以用于示踪生物地球化学过程。特别是在低比值的水/碳酸盐岩与水/铁(氢)氧化物的表层环境下,水体较颗粒物而言可能富集重的 Ga 同位素(71Ga)。作为新开发的同位素体系, Ga 在地学各领域研究中有着重要应用前景。

相关研究成果发表在Geochimica et Cosmochimica Acta上。

镓(Ga)同位素研究取得进展镓(Ga)同位素研究取得进展

吸附实验 δ71Gasolution和 δ71Gacalcite(上)/δ71Gageothite(下)(实测值与理论推算值)与 Ga 吸附量的关系

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